Universidad Nacional Mayor de San Marcos (Universidad del Perú, Decana de América) LABORATORIO 1 Asignatura: Física Electrónica Sección: 4 Grupo: ● Palomino Julian, Alex Marcelo ● Sarmiento Acuña, Willy Sebastian Profesor: Carrasco Solis, Eduardo Becquer Fecha: 24/06/2022 CARGAS ELÉCTRICAS Y CUERPO ELECTRIZADOS 1. OBJETIVOS: ● Comprobar experimentalmente la existencia de una de las propiedades de la materia llamada carga eléctrica. ● Experimentar con la electrificación de los cuerpos mediante las diversas formas. ● Verificar la interacción electrostática entre cargas de igual signo y de signos opuestos. ● Conocer el funcionamiento y los principios físicos de un generador Electrostático-máquina de Wimshurst y el generador de Van de Graaff. 2. MATERIALES ● El equipo de electrostática U8491500 ● Péndulos de Tecnopor ● Electroscopio ● Barras de acetato y vinilito, Vidrio, pvc ● Máquina de Wimshurst, modelo U15310. ● Generador de Van de Graaff (Equipo de electrostática U8491500) 3. FUNDAMENTO TEÓRICO ● Máquina de Wimshurst La máquina de Wimshurst es un generador electrostático de alto voltaje desarrollado entre 1880 y 1883 por el inventor británico James Wimshurst (1832 - 1903). El generador electrostático sirve para generar altas tensiones constantes, no son peligrosas al contacto. Partes de la máquina de Wimshurst 1)Disco de acrílico con placas de estaño 2)Listón de aislamiento 3)Barra de electrodos 4)Botellas de Leyden 5)Interruptor de aislamiento 6)Conductor transversal con pinceles de metal 7)Estribo con escobillas ● Generador de Van De Graaff El generador de Van de Graaff, GVG, es un aparato utilizado para crear grandes voltajes. En realidad es un electróforo de funcionamiento continuo. Se basa en los fenómenos de electrización por contacto y en la inducción de carga. Este efecto es creado por un campo intenso y se asocia a la alta densidad de carga en las puntas. El primer generador electrostático fue construido por Robert Jemison Van de Graaff en el año 1931 y desde entonces no sufrió modificaciones sustanciales. Partes del generador de Van de Graaff 1)Una esfera metálica hueca en la parte superior 2)Una columna aislante de apoyo 3)Dos rodillos, uno en la parte superior y la otra en la inferior 4)Dos peines metálicos (superior e inferior) para ionizar el aire. 5)Una correa transportadora de material aislante 6)Un motor eléctrico montado sobre una base aislante cuyo eje también es el eje del cilindro inferior. 4. PROCEDIMIENTO Máquina de Wimshurst ● Al momento de girar la manivela de la máquina y con la punta de los electrodos a una pequeña distancia se puede apreciar un pequeño rayo de anchura considerable. ● Cuando apagamos el interruptor y ponemos en funcionamiento la máquina podemos observar de la misma manera un pequeño rayo pero, a diferencia del anterior, un poco más luminoso con respecto a la primera observación. ● Una vez procedemos a desconectar los electrodos de las botellas de Leyden se procede a girar la manivela y lo que se observa es también la aparición de un rayo pequeño pero, a diferencia de los anteriores rayos, este rayo es muy pequeño, casi parecido a una chispa, además de tener este muy poca luminosidad. Generador de Van de Graaff ● El generador de van de graaff inicia funcionamiento a través del motor a 120 voltios, el motor induce a la cinta a girar en sentido de las manecillas del reloj. Se genera el efecto triboeléctrico debido al contacto entre la cinta y el primer rodillo. ● Gracias al peine ionizador se puede transportar las cargas negativas a través de la cinta aislante hasta la cavidad metálica hueca, las cargas son alojadas en la cavidad metálica hueca por el efecto Faraday. (Esto a través del peine colector y el efecto puntas) ● Se acerca un péndulo y conforme la distancia es más corta, la atracción es mayor, al acercar el electroscopio podemos presenciar el chispazo entre los electrodos y a la vez el movimiento de las laminillas 5. CUESTIONARIO ● ¿Cómo puede usted determinar el signo de las cargas de las esferas de tecnopor?, Explique La podemos determinar al saber que estas esferas inicialmente poseen una cantidad igual tanto de cargas positivas como negativas,si transferimos la carga de las esferas estas quedan cargadas positiva o negativamente, al acercar otro cuerpo del cual se conozca la carga podremos determinar el signo de la carga de las esferas de tecnopor, si estos se atraen podemos saber que poseen cargas de diferente signo y si se repelen tendrían una carga de igual signo. ● En las experiencias efectuadas, ¿cómo podría aplicar el principio de superposición? Explique. En la experiencia de la máquina de Wimshurst cuando se genera un campo altamente intenso y las cargas se polarizan a una corta distancia, las cargas positivas de la barra se atraerán intensamente con las cargas negativas de la otra barra, la fuerza resultante sobre los electrones será tan grande que esta se desprenderá, generando un chispazo. En cuanto a la experiencia con el generador de Van de Graaff si la cavidad metálica se carga positivamente el electrodo de la varilla estará cargado negativamente, se puede tomar una diferencial de carga del electrodo de la varilla para poder analizarla al aumentar y reducir la distancia a la cavidad metálica y averiguar la intensidad de la fuerza con la que se producirá la descarga eléctrica. ● Del experimento realizado, ¿se puede deducir qué tipo de carga se traslada de un cuerpo a otro? Si, al acercar una carga de prueba (positiva y puntual) dependiendo de su reacción de repulsión o atracción podremos conocer el tipo de carga, al ser identificado se puede deducir el tipo de cargas que se trasladan a otro cuerpo cargado, en caso de que el cuerpo esté cargado negativamente, los electrones se moverán al otro cuerpo cargado positivamente. ● Enuncie los tipos de electrización, explique cada caso. Por contacto, al colocar un cuerpo cargado en un conductor este transfiere la carga del cuerpo a otro, al ocurrir esto el conductor queda cargado, positivamente si cedió electrones o negativamente si los ganó. Por fricción, al frotar un aislante algunos electrones son transferidos de este a otro material, cuando estos se separan quedan con cargas opuestas. Carga por inducción, si se acerca un cuerpo cargado negativamente a un conductor aislado la fuerza de repulsión entre estos cuerpos hará que se desplacen a la parte más alejada del conductor al cuerpo cargado, la carga positiva quedará en la región más cargada. ● ¿Por qué el cuerpo humano es un buen conductor de electricidad? Explique detalladamente. En el interior de nuestro cuerpo poseemos líquidos ionizados tales como la sangre, en la cual nuestras células dejan entrar y salir iones los cuales contienen electrones y consecuentemente permiten el libre tránsito de la electricidad. ● En la ilustración 6 considere que la bola 1 tiene una carga Q y la bola 2 está descargada. Considere además que las bolas tienen igual radio r. ¿Qué sucederá? La bola 1 al estar cargada producirá un campo magnético que afectará a la bola 2, esta última se cargará dependiendo de qué tan grande sea la carga Q de la bola 1, posteriormente estas dos se terminarán repeliendo o atrayendo. ● Siguiendo con la ilustración 6, suponga que mediante algún deslizamiento del hilo la esfera 1, que contiene una carga Q, se pone en contacto con la esfera 2, que está descargada ¿Qué es lo que se observará?. ¿Cuál será la carga que adquiere de la esfera 2? La esfera 1 generará un campo eléctrico al tener una carga Q, por lo cual inducirá un tipo de carga a la esfera 2, esto terminará produciendo una fuerza de atracción o repulsión entre las esferas. La carga adquirida por la esfera 2 dependerá de la carga Q de la esfera 1. 6. CONCLUSIONES ● La principal función de la máquina de Wimshurst es la de obtener electricidad de cada signo, pero esta electricidad es bastante irregular, ya que depende en gran parte al accionar mecánico. ● El generador de Van de Graaff funciona cuando a una cinta aislante se le proporciona cargas positivas producidas por los peines de puntas metálicas, después, en lo alto, un peine similar se encarga de distribuir sobre la esfera metálica las cargas positivas.